鋰離子電池原理與技術

　　書中介紹了鋰元素的物理化學性質；鋰離子電池的基本概念與組裝技術；正極材料的微觀組成與電化學性能；負極材料、電解液、電極材料的研究方法以及鋰離子電池的應用與展望。本書彙集了國內外研究者的最新科技成果與相關技術，體現了鋰離子電池當今發展和研究的趨勢，是化學、物理、材料等學科的基礎理論研究與應用技術的前沿集成反映。

　　本書適合於高等學校、科研院所、相關企業從事化學電源研發的科研人員、管理工作者和生產技術人員等，同時可作為相關專業的師生學習參考用書。

作者簡介

馬振基

　　現任：
　　國立清華大學化工系講座教授

　　學歷：
　　國立成功大學化工學士（1969）
　　美國北卡羅萊納州立大學化工碩士（1975）
　　美國北卡羅萊納州立大學化工博士（1978）

　　經歷：
　　美國孟山都公司（Monsanto Co.）資深工程師（1977~1979）
　　美國洛式公司（Lord Corp.）資深研究員（1979~1980）
　　美國飛利浦石油公司（Philips Petroleum Co.）高級材料工程師（1980~1984）
　　國科會及國立清華大學化工所客座專家（1984~1986）
　　經濟部科技顧問室及技術處顧問（1990~1998）
　　國科會工程中心專利研究員（1991~2006）
　　國科會科技權益委員會委員（1995~2006）
　　國立清華大學研發處副研發長（2000~2002）
　　教育部科技顧問室顧問及領域招集人（2001~2006）
　　財團法人自強工業科學基金會執行長（2003~2006）

　　獲獎紀錄：
　　1992年 榮獲「第一屆國家傑出發明獎」
　　1993年 榮獲「行政院傑出應用與人才科技獎」
　　1994年 獲頒國防科技研究獎
　　1995年 獲頒全國工業減廢個人獎
　　1996年 獲頒國科會傑出研究獎
　　1997年 獲頒教育部產學合作獎
　　1999年 列為Who’s Who in the World（16th edition） Marquis, U.S.A.
　　2004年
　　2005年 獲總統頒「教育百人團」獎
　　2006年 獲中國工程師學會「傑出工程教授獎」
　　2006年 獲「經濟部奈米科技菁英獎」
　　2006年 獲「清華大學清華講座特聘教授」
　　2008年 榮獲經濟部第二屆「大學產業貢獻獎－產業深耕獎」
　　2008年 榮獲「東元科技獎」
　　2008年 榮獲清華大學第三屆「傑出產學合作獎」
　　2009年 獲「中華民國高分子學會傑出高分子應用研究獎」
　　2009年 榮獲第五十三屆「教育部學術獎
　　2009年 獲聘國立清華大學「清華講座教授」

　　專利：獲中、美、英、日、德、澳、加等國發明專利80餘件

　　著作：國際期刊論文200餘篇、國際會議論文120餘篇

第1章鋰元素的物理、化學性質1
參考文獻5

第2章鋰離子電池的基本概念與組裝技術6
2 1鋰離子電池的工作原理和特點6
2 1 1工作原理6
2 1 2鋰離子電池的主要特點8
2 2鋰離子電池的電化學性能10
2 2 1鋰離子電池的電動勢10
2 2 2電池開路電壓11
2 3鋰離子電池的類型12
2 4鋰離子電池的設計15
2 4 1電池設計的一般程式16
2 4 2電池設計的要求16
2 4 3電池性能設計17
2 4 4AA型鋰離子電池的結構設計19
2 4 5電池保護電路設計19
2 4 6鋰離子電池監控器22
2 4 7鋰離子電池體系熱變化與控制23
2 5鋰離子電池的基本組成及關鍵材料26
2 5 1電極材料26
2 5 2電池組裝工藝與技術50
參考文獻58

第3章正極材料60
3 1 正極材料的微觀結構60
3 1 1LiCoO2材料60
3 1 2LiNiO2材料61
3 1 3LiMn2O4材料63
3 1 4磷酸體系化合物65
3 2正極材料的分類及電化學性能65
3 2 1層狀鋰鈷氧化物66
3 2 2層狀鋰鎳氧化物67
3 2 3尖晶石型氧化物69
3 2 4複合層狀氧化物75
3 2 5其他層狀氧化物89
3 2 6層狀二硫族化物正極材料90
3 2 7三硫族化物及相關材料94
3 2 8磷酸鹽體系94
3 2 9有機導電聚合物材料101
3 3正極材料的製備方法103
3 3 1溶劑熱法合成103
3 3 2高溫反應法110
3 3 3溶膠 凝膠法113
3 3 4低溫固相反應法117
3 3 5電化學合成法119
3 3 6機械化學活化法122
參考文獻124

第4章負極材料130
4 1負極材料的發展130
4 1 1金屬鋰及其合金130
4 1 2碳材料132
4 1 3氧化物負極材料133
4 1 4其他負極材料134
4 1 5複合負極材料134
4 2負極材料的特點及分類135
4 2 1負極材料的特點135
4 2 2負極材料的分類135
4 3晶體材料和非晶化合物136
4 3 1石墨類碳材料137
4 3 2無定形碳材料156
4 3 3碳材料性能的改進方法163
4 3 4錫基材料170
4 3 5矽基材料174
4 3 6合金材料178
4 3 7複合物材料183
4 3 8過渡金屬氧化物185
4 3 9其他186
4 4納米電極材料187
4 4 1碳納米材料188
4 4 2納米金屬及納米合金192
4 4 3納米氧化物193
4 5其他類型材料194
4 5 1鋰金屬氮化物194
4 5 2鋰鈦複合氧化物Li4/3Ti5/3O4196
4 6膜電極材料200
4 6 1薄膜電極材料的製備方法201
4 6 2薄膜電極材料的分類203
參考文獻206

第5章電解質212
5 1液體電解質212
5 2電解質鋰鹽215
5 2 1C中心原子的鋰鹽216
5 2 2N中心原子的鋰鹽216
5 2 3B中心原子的鋰鹽216
5 2 4Al中心原子的鋰鹽217
5 2 5離子液體/室溫熔融鹽電解質218
5 2 6電解質的熱穩定性223
5 2 7電解質分解224
5 2 8固體電解質介面(SEI)膜232
5 2 9電解液對正、負電極集流體的表面腐蝕234
5 2 10電解液對正、負電極材料的表面腐蝕237
5 2 11功能添加劑240
5 2 12隔膜251
5 3無機固體電解質251
5 3 1固體電解質252
5 3 2LiX材料253
5 3 3Li3N及其同系物255
5 3 4含氧酸鹽255
5 3 5薄膜固體電解質257
5 4聚合物電解質259
5 4 1純固態聚合物電解質263
5 4 2凝膠型聚合物電解質266
5 4 3增塑劑在凝膠型聚合物中的作用268
5 4 4聚合物電解質276
5 4 5納米陶瓷複合聚合物電解質279
5 4 6結晶性聚合物電解質中的離子傳導284
5 4 7電化學與介面穩定性288
參考文獻288

第6章電極材料研究方法297
6 1研究方法簡介297
6 1 1X射線及其基本性質297
6 1 2紅外光譜研究302
6 1 3拉曼(Raman)光譜研究304
6 1 4鋰離子擴散305
6 1 5電化學阻抗技術308
6 1 6熱力學函數與電池電動勢308
6 2電極材料的微觀結構研究309
6 2 1化學計量尖晶石Li1+δMn2-δO4(0 δ 0 33)310
6 2 2層狀結構Li Mn O313
6 3離子分散式314
6 3 1LiCrxMn2-xO4-yAy離子分散式及容量計算314
6 3 2Mn3O4離子分散式與晶格常數計算316
6 4動力學、熱力學和相平衡研究316
6 4 1動力學316
6 4 2熱力學320
6 4 3電極電位與電極反應322
6 4 4三元Li M O體系的熱力學325
6 4 5Li M X O四元系統的熱力學326
6 5交流阻抗譜法在材料中的研究329
6 5 1負極材料的研究329
6 5 2正極材料的研究331
6 6鋰離子嵌脫的交流阻抗模型333
6 7高溫電化學研究方法335
6 7 1尖晶石LiMn2O4高溫研究335
6 7 2改進方法337
參考文獻338

第7章鋰離子電池的應用與展望340
7 1電子產品方面的應用341
7 2交通工具方面的應用342
7 2 1電動自行車342
7 2 2電動汽車344
7 3在國防軍事方面的應用351
7 4在航空航太方面的應用355
7 4 1在航空領域中的應用355
7 4 2在航太領域的應用356
7 5在儲能方面的應用357
7 6在其他方面的應用359
7 6 1電動工具359
7 6 2礦產和石油開採359
7 6 3醫學和微型機電系統360
7 7展望360
參考文獻360